吳文秀，付曉慶，景望山

(長江大學 機械工程學院，湖北 荊州 434023)①

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井場平衡式連續(xù)自動加藥系統(tǒng)設計

吳文秀，付曉慶，景望山

(長江大學 機械工程學院，湖北 荊州 434023)①

摘要：目前，大多數(shù)油田的加藥工藝存在加藥頻次低、藥劑效果不均勻、人工成本高、勞動強度大等缺點。在目前油田數(shù)字化平臺管理的基礎上，設計井場智能加藥系統(tǒng)。為驗證井場平衡式連續(xù)自動加藥系統(tǒng)的科學性與合理性，在室內(nèi)試驗的基礎上進行了現(xiàn)場考核。井場平衡式連續(xù)自動加藥系統(tǒng)采用新的工藝和控制系統(tǒng)，不需要工人值班，降低了工人的勞動強度，提高了加藥精度，從而提高了油田生產(chǎn)效率以及管理水平。

關鍵詞：井場；加藥；自動化系統(tǒng)

目前，國內(nèi)油田主要采用人工加藥方式，即通過工人定期到油井現(xiàn)場投放藥劑的方式實現(xiàn)清蠟劑、緩蝕劑等藥劑的一次性投加，存在工人勞動強度大、人力成本高等問題[1]。部分油田采用以井口抽油機自身光桿上下運動為動力的井口機械自動加藥裝置，實現(xiàn)將安裝在井口旁加藥罐藥劑的自動投加，結(jié)構(gòu)較為復雜，維護難度大[2]。還有部分油田采用以高含水井壓力作為動力的光桿自動加藥裝置，通過藥劑射流器，抽取藥劑和高含水井壓力水一起混合后加入油套環(huán)空，存在適應性不強的缺點[3]。針對目前油井加藥存在的問題，研制一套平衡式連續(xù)自動加藥系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用可編程控制器(PLC)為控制單元，自動檢測輸油管流量，根據(jù)流量及設定的加藥量或者濃度值控制計量泵的加藥量，并且設置多種故障報警功能，不需要工人值班，降低了工人的勞動強度，避免了原有加藥裝置不能隨系統(tǒng)控制要求動態(tài)調(diào)節(jié)加藥量帶來的加藥不足或加藥過量的弊端，提高了加藥精度，降低了生產(chǎn)成本，提升了管理水平。

1井場平衡式連續(xù)自動加藥系統(tǒng)組成及原理

井場平衡式連續(xù)自動加藥系統(tǒng)主要由現(xiàn)場設備和系統(tǒng)軟件組成，現(xiàn)場設備主要包括一體化加藥裝置、氣體管路、流體管路、專用接頭等，系統(tǒng)軟件主要由儀器控制軟件、通訊接口軟件、數(shù)字化平臺組態(tài)軟件組成。如圖1所示。

圖1　井場平衡式連續(xù)自動加藥系統(tǒng)示意

該自動加藥系統(tǒng)主要通過連接至各抽油機井口套管上的氣路管線實現(xiàn)套管氣壓的平衡，液路管線實現(xiàn)藥劑的投加。加藥裝置的加藥量、藥劑儲量、管路閥門開閉等信息通過通訊線纜傳輸至井場數(shù)字化RTU箱內(nèi)的交換機上，數(shù)據(jù)通過連接在交換機上的無線網(wǎng)橋和光纖傳輸至接轉(zhuǎn)站、作業(yè)區(qū)、采油廠的數(shù)字化平臺。平臺上可以監(jiān)測各井場的加藥情況，并進行加藥量的遠程調(diào)配?，F(xiàn)場加藥裝置結(jié)構(gòu)如圖2～3所示。

圖2　自動加藥裝置結(jié)構(gòu)

圖3　自動加藥裝置管線布置簡圖

2工藝流程

油井自動加藥系統(tǒng)的工藝流程為：通過緩慢打開加藥漏斗閥，放盡加藥包內(nèi)的氣體，將準備好的藥劑緩慢倒入加藥包內(nèi)，當藥劑量達到指定量(液位計)后關閉加藥漏斗閥。打開平衡閥，待油套管環(huán)形空間及加藥包壓力平衡后，緩慢打開下流閥，藥劑靠自重流入油套管環(huán)形空間，當加藥量達到設定值時關閉下流閥與平衡閥，最后打開加藥漏斗閥進行放空。為滿足自動加藥的目的，通過加裝RTU控制器、電磁閥、安全閥、磁翻板液位計等自動化儀器和設備，配套大容積防腐加藥箱和管線，以實現(xiàn)油井加藥量的設置及自動連續(xù)加藥過程的完成。其中，RTU控制器通過中間繼電器控制電磁閥島動作，按照程序流程設計分別選擇氣路和液路的通斷，從而實現(xiàn)氣壓平衡和重力加藥。電磁閥島和RTU控制器的工作電源選用直流24 V，通過開關電源來實現(xiàn)井場交流380 V電源到直流24 V電壓的換轉(zhuǎn)。安全閥設計自動開啟壓力為系統(tǒng)最大承壓的75%，在井口套壓過高時快速泄壓以避免事故的發(fā)生。

3自動加藥系統(tǒng)的軟件設計

鑒于該自動加藥系統(tǒng)主要控制的是電磁閥的通斷與加藥時間，結(jié)合現(xiàn)在油田數(shù)字化與無人值守的新要求，擬定上位機軟件主要用于欲加藥油井的選擇與單井加藥量的監(jiān)控，而現(xiàn)場PLC主要執(zhí)行對電磁閥與加藥時間的具體控制的方案，上位機與現(xiàn)場的通迅借助無線設備與通訊軟件完成。其軟件設計流程如圖4所示。

當用戶點擊開始按鈕時，通訊測試即開始，然后開始選擇欲加藥的油井，開啟進氣管線，進而開啟加藥電磁閥開始加藥，到達設置的時間后停止加藥，最后關閉加藥箱閥。油井自動加藥系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集利用的是西門子S7-200PLC，通過通訊接口將自動加藥裝置的數(shù)據(jù)傳送至上位機中，同時接受來自上位機的控制，對加藥現(xiàn)場實現(xiàn)遠程監(jiān)控[4]。自動加藥系統(tǒng)的上位機主要包括以下幾個功能：

圖4　軟件流程圖

1)顯示。上位機軟件采用KingView6.53開發(fā)。在該監(jiān)控畫面中，用戶可以對自動加藥系統(tǒng)的相關數(shù)據(jù)進行設置及實時監(jiān)控。此外，該系統(tǒng)還兼?zhèn)銹ID自動調(diào)節(jié)功能，能夠根據(jù)加藥系統(tǒng)反饋回來的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)加藥量[5]。圖5所示為自動加藥系統(tǒng)的監(jiān)控畫面，較為直觀地顯示了自動加藥系統(tǒng)的組成及各設備的工作狀態(tài)。

圖5　自動加藥系統(tǒng)的監(jiān)控畫面

2)報警。報警主要分為過程變量報警和系統(tǒng)診斷報警，無論是過程變量報警還是系統(tǒng)診斷報警發(fā)生時，都會在操作員現(xiàn)行操作的畫面上給予聲、光報警提示。并且對系統(tǒng)中所有的報警均進行記錄、存儲；并且可以打印報警報表，打印結(jié)果包括報警的位號、報警數(shù)值、發(fā)生日期、時間等[6]。

3)記錄打印。系統(tǒng)通過連接打印機，可實現(xiàn)報警報表和過程數(shù)據(jù)報表的打印。根據(jù)用戶需要在組態(tài)時所編制的各類報表(如：過程數(shù)據(jù)定時監(jiān)測報表、操作綜述報表、各類聯(lián)機記錄報表、報警報表等)都能在打印機上輸出。

4應用效果

為驗證井場平衡式連續(xù)自動加藥系統(tǒng)的科學性與合理性，在室內(nèi)試驗的基礎上對所設計的系統(tǒng)進行了現(xiàn)場考核，目前試運行累計已達12個月，共進行了4口井的加藥實踐。結(jié)果表明：

1)該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，試運行期間未出現(xiàn)任何技術問題，雨雪天氣下通訊暢通，信息傳達及時。

2)加藥量控制準確，有效克服了人工加藥廣泛存在的加藥不足或過量、工人勞動強度大等問題，提高了管理水平，降低了生產(chǎn)成本。

3)較之計量泵等加壓注入藥劑的方式，該系統(tǒng)具有不受井口自身套壓影響，免維護周期長等優(yōu)勢。

4)長期對井筒進行智能連續(xù)加藥減少了藥品的浪費，有效地緩解了井筒結(jié)蠟現(xiàn)狀，降低了油井負載，減小了載荷變化對油井的影響，延長了油井生產(chǎn)時間。

5結(jié)論

1)采用以PLC為核心的井場平衡式連續(xù)加藥方案，有利于提高加藥精度、降低生產(chǎn)成本。

2)數(shù)據(jù)通過連接在交換機上的無線網(wǎng)橋和光纖傳輸至現(xiàn)場，不受環(huán)境因素的限制，抗干擾能力強，遠程調(diào)控及時迅速，借助無線網(wǎng)橋與光纖傳輸技術實現(xiàn)遠程調(diào)控是未來在線監(jiān)控技術發(fā)展的趨勢之一。

3)該系統(tǒng)采用模塊組態(tài)技術，能直觀顯示各設備的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題及時，維修方便。

參考文獻：

[1]吳文秀.抽油桿拉拔機自動監(jiān)控系統(tǒng)研制[J].石油機械，2007(4)：47-48.

[2]吳文秀，鄒必昌，唐桃波.油管試壓自動監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].石油機械，2007(8)：32-33.

[3]劉揚，狄連成.油井加藥裝置的研制與應用[J].石油礦場機械，1999，28(3)：1-3.

[4]何素娟，陳圣乾，趙大偉.L80油管腐蝕失效原因分析[J].石油礦場機械，2011，40(6)：21-25.

[5]張洪山.重力式泵下藥劑滴注裝置研制與應用[J].石油礦場機械，2010，39(11)：78-79.

[6]李光前.電控機械找堵水工藝技術研究[J].石油礦場機械，2010，39(5)：43-45.

Design of Well Balanced Type Continuous Automatic Dosing System

WU Wenxiu，F(xiàn)U Xiaoqing，JING Wangshan

(CollegeofMechanicalEngineering，YangtzeUniversity，Jingzhou434023，China)

Abstract：At present，disadvantages of low frequency of dosing exist in most of the oil fields of the dosing process，and drug effect is not uniform，high labor costs，labor intensity large.In the current oil based digital platform management，site design intelligent dosing system.To verify the well-site balance type continuous automatic dosing system of science and rationality，in the indoor test based on were on-site assessment.Well-site balance type continuous automatic dosing system using new technology and control system，does not require workers on duty，reduce the labor intensity of workers and improve the accuracy of dosing，thereby improving the production efficiency and management level of oil field.

Keywords：well site；drugging；automatic system

中圖分類號：TE934.3

文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.02.014

作者簡介：吳文秀(1965-)，男，湖北天門人，教授，2009年畢業(yè)于北京科技大學車輛工程專業(yè)，現(xiàn)從事石油機械測控與結(jié)構(gòu)仿真技術研究，E-mail：wuwenxiu22@163.com。

收稿日期：①201509-09

文章編號：1001-3482(2016)02-0064-03